§19-2光电效应光的波粒二象性 光到底是波还是粒子? 经典物理,以牛顿为代表,认为光是波 19世纪末,出现了一系列有关光的实验 ,无法用光的波动理论解释。经典物理 受到严峻的挑战!光电效应是其中一个 典型的代表 光照射在金属表面时,金属表面会有电 子射出—称为光电效应。 (下一页)
§19-2 光电效应 光的波粒二象性 光到底是波还是粒子？ 经典物理，以牛顿为代表，认为光是波。 19世纪末，出现了一系列有关光的实验 ，无法用光的波动理论解释。经典物理 受到严峻的挑战！光电效应是其中一个 典型的代表。 光照射在金属表面时，金属表面会有电 子射出——称为光电效应。 （下一页）
光电效应的实验规律 光电效应实验装置电效应伏安特性曲线 光强较强 饱和 光强较弱 遏止电压 电I 流 U 1| HO O (下一页) 14<>
光电效应实验装置 光电效应伏安特性曲线 O O O O O O V G A K B O O m I s 饱 和 电 流 光 强 较 强 I Ua O U 遏 光 强 较 弱 止 电 压 一、光电效应的实验规律 （下一页）
1.光电流与入射光光强的关系 实验指出:饱和光电流和入射光光强成正比。 结论:单位时间内电极上逸出的光电子数和入射光 光强成正比 当反向电压加至U时光电流为零,称U为遏止电压。 2.光电子初动能和入射光频率的关系 遏止电压的存在说明光电子具有初动能,且: m=eU (1) 2 (下一页)
2 . 光电子初动能和入射光频率的关系 1. 光电流与入射光光强的关系 结论：单位时间内电极上逸出的光电子数和入射光 光强成正比 . 实验指出：饱和光电流和入射光光强成正比。 当反向电压加至 Ua 时光电流为零，称 Ua 为遏止电压。 遏止电压的存在说明光电子具有初动能，且： (1) 2 1 2 = a m eU （下一页）
实验指出:遏止电压和入射光频率有线性关系,即: 遏止电压与入射光频率的实验曲线 Ua=Ky-U0…(2) U和金属有关的恒量 大—和金属无关的普适恒量 (下一页)
Uo 和金属有关的恒量 k 和金属无关的普适恒量 实验指出：遏止电压和入射光频率有线性关系，即： (2) 0 U = −U a 遏止电压与入射光频率的实验曲线 （下一页） o Ua ν −U0 ν0
mU2=lUl|…(1 mo=ekv-eUo Ua=Kv-U0…(2 结论:光电子初动能和入射光频率成线性关系, 与入射光光强无关。 3、存在截止频率(红限) 对于给定的金属,当照射光频率v小于某 数值(称为红限)时,无论照射光多强都不会产生 光电效应 (下一页)
(1) 2 1 2 = a m eU (2) 0 U = −U a 0 2 2 1 m = e − eU 结论：光电子初动能和入射光频率成线性关系， 与入射光光强无关。 3、存在截止频率（红限） 对于给定的金属，当照射光频率 小于某一 数值（称为红限）时，无论照射光多强都不会产生 光电效应。 0 （下一页）
因为初动能大于零,因而产生光电效应的条件是 0 k 0称为红限(截止频率) k 4.光电效应瞬时响应性质 实验发现,无论光强如何微弱,从光照射到光 电子出现只需要109s的时间。 结论:光电效应的产生几乎无需时间的累积 (下一页) 14<>
结论：光电效应的产生几乎无需时间的累积 k U0 0 因为初动能大于零，因而产生光电效应的条件是： k U0 0 = 称为红限（截止频率） 4 . 光电效应瞬时响应性质 实验发现，无论光强如何微弱，从光照射到光 电子出现只需要 10−9 s 的时间。 （下一页）
几种金属的红限及逸出功 金属红限 逸出功 10(Hz)(A ev) 铯Cs 4.8 6520 1.9 钛Ti 9.9 3030 4.1 汞H 10.9 2750 4.5 金Au 11.6 2580 4.8 钯Pd 12.1 2480 5.0 (下一页)
几种金属的红限及逸出功 ν c = 0 钯 Pd 金 Au 汞 Hg 钛 Ti 铯 Cs 12.1 11.6 10.9 9.9 2480 2580 2750 3030 6520 1.9 4.1 4.5 4.8 5.0 金 属 红 限 逸 出 功 (Hz) (A) λ 0 4.8 ν 10 （eV) 14 0 （下一页）
二、经典电磁波理论的缺陷 1.按经典理论光电子的初动能应决定于 入射光的光强,而不决定于光的频率 2.无法解释红限的存在。 3.无法解释光电效应的产生几乎无须 时间的积累。 (下一页) 14<>
1. 按经典理论光电子的初动能应决定于 入射光的光强，而不决定于光的频率。 二、经典电磁波理论的缺陷 3. 无法解释光电效应的产生几乎无须 时间的积累。 2. 无法解释红限的存在。 （下一页）
爱因斯坦方程光量子(光子) 爱因斯坦光子假说:一束光是以光速C运动的粒 子(称为光子)流,光子的能量为:8=hv 金属中的自由电子吸收一个光子能量v 以后,一部分用于电子从金属表面逸出所需的逸 出功A,一部分转化为光电子的动能,即: hv=-mu +a 爱因斯坦光电效应方程 (下一页) 14<>
三、 爱因斯坦方程 光量子（光子） h = m + A ——爱因斯坦光电效应方程 2 2 1 爱因斯坦光子假说：一束光是以光速 C 运动的粒 子（称为光子）流，光子的能量为： = h 一部分转化为光电子的动能，即： 金属中的自由电子吸收一个光子能量 h 以后，一部分用于电子从金属表面逸出所需的逸 出功A ， （下一页）
爱因斯坦对光电效应的解释:hv=1my2+A 1.光强越大,光子数越多,释放的光电子也越多, 所以,光电流也越大。 2.电子只要吸收一个光子就可以从金属表面逸出, 所以无须时间的累积。 3.从方程可以看出光电子初动能和照射光的频率 成线性关系。 4.从光电效应方程中,当初动能为零时,可得到 红限频率 o h (下一页) 14<>
3. 从方程可以看出光电子初动能和照射光的频率 成线性关系。 爱因斯坦对光电效应的解释： 2. 电子只要吸收一个光子就可以从金属表面逸出， 所以无须时间的累积。 1. 光强越大，光子数越多，释放的光电子也越多， -- 所以 ，光电流也越大。 4.从光电效应方程中，当初动能为零时，可得到 红限频率： h = m + A 2 2 1 h A 0 = （下一页）